15 000 kw/h điện).
Điện phân nhơm oxit nĩng chảy
Làm sạch quặng: Loại bỏ tạp chất bằng phương pháp hố học thu
Al2O3 gần như nguyên chất. Người ta làm sạch nguyên liệu theo trình tự sau: - Quặng boxit được nghiền nhỏ rồi được nấu trong dung dịch xút đặc ở khoảng 180oC. Loại bỏ được tạp chất khơng tan là Fe2O3, được dung dịch hỗn hợp hai muối là natri aluminat và natri silicat:
Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O Sục CO2 vào dung dịch, Al(OH)3 tách ra:
NaAlO2 + CO 2 + 2H2O → Al(OH)3↓ + NaHCO3
Lọc và nung kết tủa Al(OH)3 ở nhiệt độ cao (> 900oC) ta được Al2O3 khan. - Giai đoạn làm sạch quặng lại là giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình sản xuất nhơm vì nếu khơng làm sạch, nhơm thu được khơng nguyên chất khi sử dụng dễ bị ăn mịn điện hĩa, giảm độ bền của vật liệu.
Chuẩn bị chất điện li nĩng chảy: Hồ tan Al2O3 trong criolit (3NaF.AlF3 hay Na3AlF6) nĩng chảy.
Quá trình điện phân
- Thùng điện phân cĩ cực âm (catot) là tấm than chì ở đáy thùng. Cực dương (anot) là những khối than chì cĩ thể chuyển động theo phương thẳng đứng.
Al2O3 →to 2Al3+ + 3O2−
K (-) Al2O3 (nóng chảy) A (+)Al3+ O2- Al3+ O2- Al3+ + 3e Al 2O2- O2 + 4e Phương trình điện phân: 2Al2O3 đpnc 4Al + 3O2
Các phản ứng phụ xảy ra trên điện cực: khí oxi ở nhiệt độ cao đã đốt cháy dương cực là cacbon, sinh ra hỗn hợp khí là CO và CO2 theo các phương trình:
C + O2 → CO2
2C + O2 → 2CO
Câu 6: Sử dụng đồ dùng bằng nhơm cĩ ảnh hưởng gì đến sức khỏe
khơng?
- Nhơm là kim loại cĩ hại cho cơ thể nhất là đối với người già. Bệnh lú lẫn
và các bệnh khác của người già, ngồi nguyên nhân do cơ thể bị lão hĩa cịn cĩ thể do sự đầu độc vơ tình của các đồ nấu ăn, đồ đựng bằng nhơm. Tế bào thần kinh trong não người già mắc bệnh não cĩ chứa rất nhiều ion nhơm Al3+, nếu dùng đồ nhơm trong một thời gian dài sẽ làm tăng cơ hội ion nhơm xâm nhập vào cơ thể, làm nguy cơ đến tồn bộ hệ thống thần kinh não.
- Sử dụng đồ nhơm phải biết cách bảo quản, khơng nên đựng thức ăn bằng
các đồ nhơm hoặc khơng nên ăn thức ăn để trong đồ nhơm qua đêm, khơng nên dùng đồ nhơm để đựng rau trộn trứng gà và giấm,...
Câu 7: Giải thích hiện tượng : “ Một nồi nhơm mới mua về sáng lấp lánh
bạc, chỉ cần dùng nấu nước sơi, bên trong nồi nhơm, chỗ cĩ nước biến thành màu xám đen ?”
- Giải thích : Mới xem thì cĩ vẻ lạ vì nồi nhơm mới, ngồi nước ra thì khơng tiếp xúc với gì khác, chẳng lẽ nước lại làm cho nồi đen?
- Bình thường trơng bên ngồi nước khơng cĩ vấn đề gì, thực tế trong nước cĩ hịa tan nhiều nhất, thường gặp nhất là muối canxi, magie và sắt. Các nguồn nước cĩ thể chứa lượng muối sắt ít nhiều khác nhau, loại nước chứa nhiều sắt “là thủ phạm” làm cho nồi nhơm cĩ màu đen.
- Vì nhơm cĩ tính khử mạnh hơn sắt nên nhơm sẽ đẩy sắt ra khỏi muối của nĩ và thay thế ion sắt, cịn ion sắt bị khử thành Fe sẽ bám vào bề mặt nhơm, nồi nhơm sẽ bị đen. (Hiện tượng trên chỉ xảy ra khi cĩ đủ 3 điều kiện : Lượng muối
sắt trong nước phải đủ lớn; Thời gian đun sơi phải đủ lâu; Nồi nhơm phải là nồi mới.).
Câu 8: Nêu tính chất vật lý, tính chất hĩa học và ứng dụng của nhơm
oxit? Giải thích vì sao Al2O3 rất bền và cĩ nhiệt độ nĩng chảy rất cao (> 20500C)?
Tính chất vật lí: Nhơm oxit (cịn cĩ tên gọi là alumina trong cộng đồng các ngành khai khống, gốm sứ và khoa học vật liệu), là chất rắn, màu trắng, khơng tan trong nước và khơng tác dụng với nước, tnc > 20500C.
Tính chất hố học: Là oxit lưỡng tính. * Tác dụng với dung dịch axit
Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O Al2O3 + 6H+ → 2Al3+ + 3H2O
* Tác dụng với dung dịch kiềm
Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O Al2O3 + 2OH− → 2AlO2− + H2O Hay Al2O3 + 2OH− + 3H2O→ 2[Al(OH)4 ]−
Ứng dụng: Nhơm oxit tồn tại dưới dạng ngậm nước và dạng khan.
• Dạng ngậm nước là thành phần chủ yếu của quặng boxit (Al2O3.2H2O) dùng để sản xuất nhơm.
• Dạng oxit khan, cĩ cấu tạo tinh thể đá quý, hay gặp là:
- Corinđon: Dạng tinh thể trong suốt, khơng màu, rất rắn, được dùng để chế tạo đá mài, giấy nhám, chế tạo chân kính đồng hồ, trang sức,...
- Trong tinh thể Al2O3, nếu một số ion Al3+ được thay bằng ion Cr3+ là
hồng ngọc dùng làm đồ trang sức, chân kính đồng hồ, dùng trong kĩ thuật laze.
- Tinh thể Al2O3 cĩ lẫn tạp chất Fe2+, Fe3+ và Ti4+ là saphia dùng làm đồ trang sức.
- Bột nhơm oxit dùng trong cơng nghiệp sản xuất chất xúc tác cho tổng hợp hữu cơ.
- Ơxit nhơm là lớp bảo vệ cho nhơm kim loại chống lại tác động ăn mịn của khơng khí. Nhơm kim loại là một chất hoạt động hĩa học mạnh với ơxy trong khơng khí và nĩ nhanh chĩng tạo ra một lớp mỏng ơxit nhơm trên bề mặt. Lớp ơxit nhơm này rất vững chắc, khơng cho khơng khí thẩm thấu qua và nhơm khơng bị oxi hĩa tiếp. Độ dày và các thuộc tính của lớp ơxit này cĩ thể được tăng cường bằng quá trình gọi là anot hĩa. Một loạt các hợp kim, chẳng hạn như đồng thau - nhơm, khai thác thuộc tính này bằng cách cho thêm một lượng nhỏ nhơm vào hợp kim của đồng và thiếc để tăng tính chống ăn mịn.
Tính bền: Cation Al3+ cĩ điện tích lớn(3+) và bán kính ion nhỏ (0,048 nm) bằng 1/2 bán kính cation Na+ hoặc 2/3 bán kính cation Mg2+ nên lực hút giữa cation Al3+ và anion O2- rất mạnh, tạo ra liên kết rất bền vững. Do cấu trúc này mà Al2O3 bền, cĩ nhiệt độ nĩng chảy rất cao (>20500C) và khĩ bị khử thành kim loại Al (phải điện phân nĩng chảy).
Câu 9: Viết PTHH chứng minh nhơm hiđroxxit là chất lưỡng tính? Cĩ thể
điều chế Al(OH)3 bằng những cách nào? Từ những nguyên liệu nào? Viết PTHH minh họa?
Tính chất vật lí: Chất rắn, màu trắng, kết tủa ở dạng keo. Tính chất hố học:
- Là hiđroxit lưỡng tính.
Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O Al(OH)3 + 3H+ → Al3+ + 3H2O
Tác dụng với dung dịch kiềm
Al(OH)3 + OH− → [Al(OH)4 ]−
Chú ý: Al(OH)3 khơng tan được trong các dung dịch bazơ yếu như NH3, (CO2/H2O), Na2CO3 , ...
- Tính khơng bền với nhiệt: 2Al(OH)3 →t0 Al2O3 + 3H2O Điều chế:
* Từ dung dịch muối Al3+ như AlCl3, Al(NO3)3, Al2(SO4)3:
- Tác dụng với dung dịch bazơ yếu (dung dịch NH3, dung dịch Na2CO3, Na2S...):
AlCl3 + 3NH3 + 3H2O → Al(OH)3↓ + 3NH4Cl Al(OH)3 tạo thành khơng tan khi cho NH3 dư.
2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + 6NaCl + 3CO2
2AlCl3 + 3Na2S + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 6NaCl + 3H2S
- Tác dụng với dung dịch bazơ mạnh, vừa đủ (dung dịch NaOH, Ba(OH)2...):
Al3+ + 3OH− → Al(OH)3↓
Al(OH)3 tạo thành tan dần khi cho kiềm dư: Al(OH)3 + OH− → [Al(OH)4 ]−
Tổng quát: Al3+ + 4OH− → [Al(OH)4 ]−
* Từ dung dịch muối aluminat (NaAlO2 , Ba(AlO2)2...):
- Tác dụng với dung dịch axit yếu (khí CO2, dung dịch NH4Cl, dung dịch AlCl3...):
NaAlO2 + CO 2 + 2H2O → Al(OH)3↓ + NaHCO3
Hay [Al(OH)4 ]− + CO 2 → Al(OH)3↓
(Al(OH)3 tạo thành khơng tan khi sục khí CO2 dư). NaAlO2 + NH4Cl + H2O → Al(OH)3↓ + NaCl + NH3
Hay [Al(OH)4 ]− + NH4+ → Al(OH)3↓+ NH3
3NaAlO2 + AlCl3 + 3H2O → 4Al(OH)3↓ + 3NaCl Hay 3[Al(OH)4 ]− + Al3+ → 4Al(OH)3↓
- Tác dụng với dung dịch axit mạnh, vừa đủ (dung dịch HCl...) : NaAlO2 + HCl + H2O → Al(OH)3↓ + NaCl
Hay [Al(OH)4 ]− + H+ → Al(OH)3↓+ H2O Al(OH)3 tạo thành tan dần khi cho axit dư:
Tổng quát:
NaAlO2 + 4HCl → AlCl3 + NaCl + 2H2O Hay [Al(OH)4 ]− + 4H+ → Al3+ + 4H2O * Từ phản ứng thủy phân nhơm cacbua:
Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3↓ + 3CH4
Câu 10: Giải thích vì sao các muối nhơm khi tan trong nước tạo mơi
trường axit? Phèn nhơm là gì? Phèn chua là gì? Nêu các ứng dụng của phèn chua? Tại sao khi đánh phèn chua vào nước thì nước lại trở nên trong?